腦機無縫銜接何時成真

任何一項新的技術(shù)發(fā)明，給世界帶來的影響都不可估量。就在近日，據(jù)外媒報道，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）宣布，其科學(xué)家團隊將獲得資金支持，研發(fā)無須手術(shù)就能讓人腦與機器實現(xiàn)快速“無縫交流”的技術(shù)。乍聽這一技術(shù)很是令人不解，即便在科技力量強大的今天，人腦的秘密依舊是一個“迷”，人腦與機器如何實現(xiàn)“無縫交流”？作為高度復(fù)雜的信息處理中心，人腦的運行方式、記憶形成等復(fù)雜功能的運行機制一直未被破解。而腦機無縫銜接技術(shù)若能成功，無疑會是人類史上又一突破性發(fā)明，這一波操作能否讓“意念操控”成真？腦機無縫銜接技術(shù)的難點又是什么？

解碼神經(jīng)生理信號中的信息

腦機無縫銜接技術(shù)屬于腦—機接口技術(shù)范疇，早在20世紀90年代，科學(xué)家便開始研究這類問題，以期實現(xiàn)“意念操控”。放眼全球，腦—機接口技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)市場化正蹄疾步穩(wěn)地展開。美國《大眾科學(xué)》月刊網(wǎng)站于近日發(fā)文稱，美國國防部高級研究計劃局正準備組建由6名科學(xué)家組成的科研團隊，出資請他們研發(fā)出無須手術(shù)就能讓人腦與機器實現(xiàn)快速“無縫交流”的技術(shù)。科學(xué)家們將通過遺傳工程技術(shù)、納米技術(shù)和紅外線等工具來了解士兵們的想法，最終目標是打造可以“用思想控制”的武器。例如，士兵只需想一下，就可將圖片或文件從一個大腦傳送至另一個大腦。美國賴斯大學(xué)生物工程學(xué)助理教授雅各布·魯濱遜是團隊的負責(zé)人之一。他對媒體表示：“這種武器是什么樣？舉例來說，想象一下有這樣一個人，他可以用大腦直接操控?zé)o人機，使其上升或下降，或單憑人腦就可分析大量數(shù)據(jù)或信息?！碧旖虼髮W(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院助理教授、天津神經(jīng)工程中心神經(jīng)計算組負責(zé)人許敏鵬長期致力于神經(jīng)工程與腦—機接口方向的研究。近日他在接受專訪時表示，腦—機接口技術(shù)主要是通過解碼大腦神經(jīng)生理信號中包含的意圖信息，實現(xiàn)人腦與機器的直接交流或者“對話”，該技術(shù)按照設(shè)備安裝方式通常被分為非侵入式和侵入式。非侵入式是指將電極放置在人體頭皮表面進行信號收集或記錄，整個記錄過程安全、方便?！暗壳暗姆乔秩胧侥X—機接口技術(shù)記錄的神經(jīng)信號噪聲高、空間分辨率低，嚴重限制了信號后期的解碼效果。侵入式則是指將電極放置在人體大腦顱腔內(nèi)，采用這種方式的優(yōu)勢是，用該種技術(shù)采集的信號具有較高的信噪比和空間分辨率。但放置電極需要開顱手術(shù)，手術(shù)創(chuàng)口如果消毒不當(dāng)，則極易引發(fā)感染，同時植入電極還存在生物相容性問題，這些缺點都限制了侵入式腦—機接口技術(shù)的應(yīng)用?！痹S敏鵬介紹道。

短期內(nèi)實現(xiàn)有難度但未來可期

在許敏鵬看來，外媒報道中所說的腦機“無縫交流”，可能是指采用非侵入性或微創(chuàng)方式實現(xiàn)的腦機連接。微創(chuàng)技術(shù)多采用靈敏度和穩(wěn)定性都較高的微電極陣列，來記錄目標神經(jīng)元群釋放的信號，同時將環(huán)境干擾降低至最小化?！暗@一技術(shù)目前在實現(xiàn)過程中還需要解決諸多技術(shù)難題，例如電極材料的選擇與設(shè)計、植入點周圍微環(huán)境的影響等?！痹S敏鵬說。非侵入式腦—機接口技術(shù)，近年來已取得了巨大的進步，但由于人體大腦皮層活動產(chǎn)生的神經(jīng)生理信號在穿過顱骨等組織層后，信號質(zhì)量會被極大削弱。“所以，要想用非侵入性腦—機接口技術(shù)來實現(xiàn)腦機‘無縫交流’，其中一個重大挑戰(zhàn)是要讓相關(guān)設(shè)備能從信噪比低、信息量少的‘低質(zhì)信號’中，提取有效特征并完成模式識別。”許敏鵬說。看上去，似乎無論是采用非侵入式還是微創(chuàng)方式，目前都難以順利實現(xiàn)腦機“無縫交流”。國內(nèi)腦—機接口行業(yè)公司博?？悼萍伎偨?jīng)理黃肖山在接受采訪時卻從另一個角度解讀了這一尚難落地的技術(shù)。“對美國國防部高級研究計劃局來說，任何‘黑科技’都并非天方夜譚，因為他們研發(fā)的是10年后的技術(shù)，他們并不急于一時成敗。”在黃肖山看來，美國國防部高級研究計劃局支持的很多科研項目都非常超前。如今美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）對外宣布正在研發(fā)的腦—機接口技術(shù)，早在10年前美國國防部高級研究計劃局就已投入力量進行了這方面的研究工作。美國國防部高級研究計劃局支持的很多項目，都是以破解大腦工作機制為目標，以期將相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域。“他們推進的研究，將不僅強化美國軍事力量，還能惠及醫(yī)療技術(shù)。比如，若科學(xué)家破解了人體大腦的工作機制，那么以后醫(yī)生在治療阿爾茨海默病時，只需了解致病機制，根據(jù)該機制采集大腦相關(guān)信號，就能給予相應(yīng)的治療?！秉S肖山說。“近年來，微尺度神經(jīng)接口、高質(zhì)量微電極技術(shù)以及生物工程技術(shù)的快速發(fā)展為腦機‘無縫交流’提供了前所未有的發(fā)展機遇，相信在未來幾年該項技術(shù)將會迎來重大突破?！痹S敏鵬預(yù)測道。

未來幾年，腦—機接口技術(shù)似乎將成為現(xiàn)實，但技術(shù)的進展為我們帶來福祉的同時，也引發(fā)了科學(xué)界以及公眾在倫理方面的擔(dān)憂。世界科技史上，倫理問題曾不止一次引發(fā)過巨大爭議。1978年，世界上第一例試管嬰兒在英國出生。2010年，“試管嬰兒之父”英國劍橋大學(xué)教授羅伯特·愛德華茲才獲得諾貝爾獎。而后經(jīng)過30多年的實踐，輔助生殖技術(shù)才通過倫理驗證，得到公眾認可。誠然，科技發(fā)展離不開倫理環(huán)境，在技術(shù)發(fā)展到一定規(guī)模和程度時，必須要有相應(yīng)的科技倫理來規(guī)范。腦—機接口技術(shù)是否會對人體大腦造成損傷、是否有感染的安全風(fēng)險、是否會侵犯隱私……這一系列問題，都是人們對于這一“黑科技”的擔(dān)憂。正如我國著名計算機軟件專家、中國科學(xué)院院士梅宏在2019年中國計算機大會新聞發(fā)布會上對媒體所說：“我們對人腦機理的探究是必要的，但這種技術(shù)路線是危險的，如果技術(shù)被濫用，后果將不堪設(shè)想?！薄暗拇_，盡管腦—機接口技術(shù)能給我們帶來福祉，例如它能幫助神經(jīng)肌肉障礙患者恢復(fù)基本的交流控制能力，但與該技術(shù)相關(guān)的神經(jīng)技術(shù)風(fēng)險仍處在未知和不可控的狀態(tài)。舉例來說，侵入性微電極陣列等設(shè)備，可能會帶來大腦組織反應(yīng)或感染等風(fēng)險。”許敏鵬說。許敏鵬提出，為了降低可能出現(xiàn)的技術(shù)風(fēng)險，研究人員必須要堅持以人為本的設(shè)計原則，設(shè)身處地地為使用者考慮，最大限度地發(fā)揮腦—機接口技術(shù)研究對人類的正面作用，并把風(fēng)險降至最低。具體來說，在對相關(guān)新技術(shù)、新方法進行試驗前，相關(guān)工作人員要組織有關(guān)專家進行多學(xué)科的協(xié)作評估，明確該技術(shù)對人類身體、心理可能造成的風(fēng)險并給出處理應(yīng)對措施，準確、客觀地對待出現(xiàn)的問題并如實報告研究結(jié)果等?！氨O(jiān)管制度不完善，常會給科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展帶來倫理問題。”許敏鵬認為，規(guī)范技術(shù)發(fā)展，不僅要靠從業(yè)者自覺，還應(yīng)建立嚴格的監(jiān)管規(guī)則，全程記錄實驗過程，一旦發(fā)生問題，及時給予必要的糾正。